{"id":27018,"date":"2023-12-13T11:06:26","date_gmt":"2023-12-13T09:06:26","guid":{"rendered":"https:\/\/betoni.com\/lehti\/?p=27018"},"modified":"2024-03-13T13:08:37","modified_gmt":"2024-03-13T11:08:37","slug":"tulevaisuuden-vaihtoehtoiset-sideaineet-alkaliaktivoidut-materiaalit","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/betoni.com\/lehti\/2023\/12\/13\/tulevaisuuden-vaihtoehtoiset-sideaineet-alkaliaktivoidut-materiaalit\/","title":{"rendered":"Tulevaisuuden vaihtoehtoiset sideaineet: alkaliaktivoidut materiaalit"},"content":{"rendered":"\n

Rakentamisen dynaamisessa maailmassa innovaatiot ovat alan tulevaisuutta muovaava voima. Ymp\u00e4rist\u00f6n\u00e4k\u00f6kohdat ja kest\u00e4v\u00e4 kehitys ovat yh\u00e4 t\u00e4rke\u00e4mpi\u00e4, joten vaihtoehtoisia materiaaleja on tulossa laboratoriosta rakennusty\u00f6maalle. N\u00e4iden innovatiivisten sideaineiden joukosta erottuvat alkaliaktivoidut materiaalit (AAM-materiaalit), jotka tunnetaan my\u00f6s geopolymeerein\u00e4.<\/p>\n\n\n\n

AAM-materiaalien historia ulottuu yli vuosisadan taakse. Vuonna 1895 Jasper Whiting yhdisti masuunikuonan ja natriumhydroksidia ja loi n\u00e4in k\u00e4ytt\u00f6kelpoisen sideaineen. Vuonna 1908 Hans K\u00fchl patentoi sementin valmistuksen yhdist\u00e4m\u00e4ll\u00e4 lasikuonaa ja em\u00e4ksisi\u00e4 l\u00e4ht\u00f6aineita, jolloin saavutettiin jo parhaaseen Portland-sementtiin verrattavissa oleva suorituskyky. My\u00f6hemm\u00e4t kehitysty\u00f6t, kuten \u201dPurdocement\u201d 1940-luvulla, osoittivat kuona-alkalisementtien parantuneen lujuuden. Vuonna 1965 Glukhovskyn ty\u00f6 laajensi aluminosilikaattien k\u00e4ytt\u00f6\u00e4 sideaineena, ja 1970-luvulla alkaliaktivointitekniikka kehittyi edelleen.<\/p>\n\n\n\n

1990-luvulta l\u00e4htien alkaliaktivointiteknologian tutkimus ja kehitt\u00e4minen ovat laajentuneet nopeasti, ja siit\u00e4 on tullut merkitt\u00e4v\u00e4 tieteellinen ala. Kaupallistaminen rajoittuu kuitenkin edelleen muutamiin yrityksiin useissa maissa. Standardointi- ja s\u00e4\u00e4ntelytoimet ovat k\u00e4ynniss\u00e4 alkaliaktivointitekniikan yleisen k\u00e4ytt\u00f6\u00f6noton mahdollistamiseksi. AAM-materiaalit tarjoavat nyky\u00e4\u00e4n v\u00e4h\u00e4hiilisen vaihtoehdon perinteiselle sementille, ja ne tarjoavat ainutlaatuisen materiaalien r\u00e4\u00e4t\u00e4l\u00f6intimahdollisuuden raaka-aineiden ja seossuunnittelun pohjalta. AAM:n valmistuksen keskeisin reaktio on (kalsium)alumiinisilikaattimateriaalien ja em\u00e4ksisen liuoksen v\u00e4linen vuorovaikutus. Vaikka AAM-materiaalit ovat osoittautuneet lupaaviksi, aktivointiprosessissa k\u00e4ytett\u00e4v\u00e4n em\u00e4ksisen liuoksen ymp\u00e4rist\u00f6vaikutukset aiheuttavat huolta.<\/p>\n\n\n\n

AAM-materiaalit valmistetaan p\u00e4\u00e4asiassa jauhetusta masuunikuonasta (GGBFS) tai lentotuhkasta, joiden saatavuus on kuitenkin v\u00e4henem\u00e4ss\u00e4. Tutkijat selvitt\u00e4v\u00e4tkin nyt erilaisia teollisuuden sivutuotteita ja j\u00e4temateriaaleja vaihtoehtoisina l\u00e4ht\u00f6aineina. T\u00e4m\u00e4 on t\u00e4rke\u00e4\u00e4, jotta voidaan osoittaa t\u00e4m\u00e4n teknologian maailmanlaajuinen sovellettavuus ja sen mahdollisuudet tukea ja mullistaa rakennusteollisuutta.<\/p>\n\n\n\n

Interreg NWE URBCON -hankkeen puitteissa Sheffieldin yliopistossa tutkittiin nelj\u00e4\u00e4 erilaista teollisista l\u00e4hteist\u00e4 per\u00e4isin olevaa j\u00e4temateriaalia sen selvitt\u00e4miseksi, voidaanko niit\u00e4 k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 alkaliaktivoitujen sementtien l\u00e4ht\u00f6aineina: i) viitt\u00e4 kaoliniittikaivoksesta per\u00e4isin olevaa j\u00e4\u00e4nn\u00f6ssavea (Imerys, Englanti); ii) ter\u00e4stehtaan happipohjaisen uunin (BOF) kuonaa (ArcelorMittal, Belgia); iii) valokaariuunin (EAF) ruostumattoman ter\u00e4ksen kuonaa (Orbix, Belgia); ja iv) kuparikuonaa (CS) jalostuslaitoksesta (Arubis, Belgia).<\/p>\n\n\n\n

i)<\/strong> Savilla on nyt valtava merkitys rakennusalalla mahdollisena sementin korvaajana, mutta my\u00f6s AAM-materiaalien esiasteena, ja j\u00e4\u00e4nn\u00f6ssavien hy\u00f6dynt\u00e4minen on entist\u00e4 t\u00e4rke\u00e4mp\u00e4\u00e4. Oikean saven valinta riippuu mm. sen hiukkasmorfologiasta ja amorfisten faasien osuuksista, jotka riippuvat alkuper\u00e4isest\u00e4 kaoliniittipitoisuudesta. Sekoittamalla kalsinoitua j\u00e4tesavea GGBFS:n kanssa ja optimoimalla seossuunnittelua on tuloksena seos, jonka huokoisuus on v\u00e4h\u00e4ist\u00e4 ja jonka lopullinen puristuslujuus on vaikuttava 70 MPa 28 vuorokauden i\u00e4ss\u00e4. Se sopii erinomaisesti korkealujuuksisiin sovelluksiin.<\/p>\n\n\n\n

ii) <\/strong>BOF-kuona -alkaliaktivointi tuotti mielenkiintoisia tuloksia. Materiaalin vanheneminen ulkovarastoinnin aikana muutti sit\u00e4 runsaasti portlandiittia (Ca(OH)2) sis\u00e4lt\u00e4v\u00e4ksi. T\u00e4t\u00e4 voidaan k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 kiihdyttimen\u00e4 jauhettua masuunikuonaa (GGBFS) sis\u00e4lt\u00e4vien sekoitusten kanssa, mik\u00e4 mahdollistaa ymp\u00e4rist\u00f6yst\u00e4v\u00e4llisten aktivaattoriliuosten, kuten natriumsilikaatin, k\u00e4yt\u00f6n.<\/p>\n\n\n\n

iii) <\/strong>Tulipes\u00e4kuona on yksi tulevaisuuden keskeinen resurssi. Kun ter\u00e4ksen tuotannossa siirryt\u00e4\u00e4n kest\u00e4v\u00e4mpiin tuotantotapoihin, korvaa EAF-kuona hitaasti GGBFS:n. Tulipes\u00e4kuonien reaktiivisuus on heikompaa kuin GGBSF:n, mutta niiden reaktiivisuutta voidaan parantaa alkaliaktivointitekniikan avulla. EAF-kuonan sis\u00e4lt\u00e4m\u00e4t mahdolliset haitalliset ainekset kuitenkin s\u00e4ilyv\u00e4t niiss\u00e4 kapseloituna.<\/p>\n\n\n\n

iv)<\/strong> Kuparikuona (CS) on sis\u00e4lt\u00e4m\u00e4ns\u00e4 huomattavan amorfisen rautasilikaattifaasinsa vuoksi eritt\u00e4in reaktiivinen em\u00e4ksisiss\u00e4 v\u00e4liaineissa. GGBFS:n kanssa sekoitettuna se saa aikaan viiv\u00e4styneen reaktiokinetiikan, mik\u00e4 saa aikaan paremman ty\u00f6stett\u00e4vyyden ja vaikuttavamman varhaislujuuden. T\u00e4m\u00e4 tekee siit\u00e4 arvokkaan esiasteen alkaliaktivoituja sementtej\u00e4 varten.<\/p>\n\n\n\n

v)<\/strong> Vaikka kalsiumaluminaattisementit (CAC) eiv\u00e4t ole sellaisenaan sallittuja kantavissa sovelluksissa, niit\u00e4 voidaan k\u00e4ytt\u00e4\u00e4 hy\u00f6dyllisin\u00e4 lis\u00e4aineina uusissa sideaineissa. \u201dHybridisideaineiden\u201d valmistuksessa CAC:\u00e4 lis\u00e4ttiin alkaliaktivoituun seokseen aktivaattorin annostuksen v\u00e4hent\u00e4miseksi ja varhaislujuuden parantamiseksi. T\u00e4m\u00e4 johti kuitenkin reaktiokinetiikan yll\u00e4tt\u00e4v\u00e4\u00e4n viiv\u00e4stymiseen, jonka monimutkaisen dynamiikan selvitt\u00e4miseksi tarvitaan lis\u00e4tutkimuksia.<\/p>\n\n\n\n

Alkaliaktivoidut innovaatiot kaupunkirakentamisessa<\/h3>\n\n\n\n

Gentin kaupungin johtamassa konsortiossa, johon kuuluivat Sheffieldin yliopisto, TUDelft, UGent, RPTU Kaiserslautern, ResourceFull, VDZ, Imerys ja muut URBCON-hankkeen yhteisty\u00f6kumppanit, toteutetun tutkimuksen tuloksena kehitettiin alkaliaktivoitujen betonien perhe. P\u00e4\u00e4paino oli perinteisen portlandsementin k\u00e4yt\u00f6n minimoimisessa ja raaka-aineiden kulutuksen v\u00e4hent\u00e4misess\u00e4 samalla kun betonien tekninen suorituskyky pyrittiin s\u00e4ilytt\u00e4m\u00e4\u00e4n korkeana. URBCON-betoni perustuu alkaliaktivoituihin materiaaleihin, ja siin\u00e4 k\u00e4ytet\u00e4\u00e4n eri teollisuudenalojen j\u00e4tekiviaineksia sek\u00e4 rakennus- ja purkuj\u00e4tett\u00e4. Kolme pilottihanketta toteutettiin Rotterdamissa (Alankomaat), Gentiss\u00e4 (Belgia) ja Westerlossa (Belgia).<\/p>\n\n\n\n

Jalankulkusilta Rotterdamissa<\/h3>\n\n\n\n
\"\"
Rotterdamin jalankulkusilta<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Rotterdamissa ik\u00e4\u00e4ntynyt jalankulkusilta korvattiin sillalla, jossa k\u00e4ytettiin alkaliaktivoitua betonia, joka sis\u00e4lsi 50 prosenttia kierr\u00e4tettyj\u00e4 kiviaineksia. T\u00e4m\u00e4 vastasi t\u00e4ydellisesti Rotterdamin kaupungin tavoitetta lis\u00e4t\u00e4 materiaalien kiertokulkua. Hankkeessa oli haasteita, jotka liittyiv\u00e4t betonin sitoutumiseen ja ty\u00f6stett\u00e4vyyteen tuotantolaitoksen ja valupaikan v\u00e4lisen et\u00e4isyyden vuoksi, mink\u00e4 lis\u00e4ksi betonin virumis- ja pakkasenkest\u00e4vyys huolestutti aluksi. Testauksessa noudatettiin tiukkaa ennalta m\u00e4\u00e4ritelty\u00e4 protokollaa Eurocode 2:n (EN 1992) mukaisesti. Sillan kannen t\u00e4ysimittainen kuormituskoe osoitti vakuuttavasti alkaliaktivoidun betonin lujuuden ja kest\u00e4vyyden. Vaikka alkaliaktivoitu betoni osoittautui lupaavaksi lyhyell\u00e4 aikav\u00e4lill\u00e4, sen pitk\u00e4aikaisk\u00e4ytt\u00e4ytymiseen liittyy edelleen ep\u00e4varmuustekij\u00f6it\u00e4. T\u00e4m\u00e4n vuoksi aloitettiin pitk\u00e4aikaisseuranta, jotta sillan turvallinen toiminta voidaan varmistaa sen koko elinkaaren ajan. Seurannan helpottamiseksi Rotterdamin kaupungin insin\u00f6\u00f6riosasto investoi kehittyneeseen kuituoptiseen tekniikkaan rakenteiden kunnon arvioimiseksi.<\/p>\n\n\n\n

\n
\"\"<\/a>
Halkeamakuvio taivutuskuormituksen alaisena<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
\"\"<\/a>
Rotterdamin sillan kansien asentaminen<\/figcaption><\/figure>\n<\/figure>\n\n\n\n

Gentin portaikko<\/h3>\n\n\n\n

Gentiss\u00e4 paikalliseen kouluun lis\u00e4ttiin paloportaat, joiden betonielementtirakenne valittiin siten, ett\u00e4 se sulautuu kouluymp\u00e4rist\u00f6\u00f6n ja minimoi p\u00e4ivitt\u00e4isen toiminnan h\u00e4iri\u00f6t. Tarkka muottisuunnittelu ja asennusprosessit olivat avainasemassa korostaen alkaliaktivoidun betonin monipuolisuutta arkkitehtonisissa sovelluksissa. Hankkeeseen liittyi betoniteknisi\u00e4 erityisvaatimuksia materiaalin lujuuden, ymp\u00e4rist\u00f6yst\u00e4v\u00e4llisyyden, painuman ja ty\u00f6stett\u00e4vyyden suhteen. Betonielementtien kunnollinen j\u00e4lkihoito oli kriittinen ty\u00f6vaihe kalkkisuotautumien ja halkeilun est\u00e4miseksi. J\u00e4lkihoito toteutettiin sis\u00e4tiloissa valvotuissa olosuhteissa. Asennusprosessi vaati tarkkuutta elementtien sijoittelussa ja yhdist\u00e4misess\u00e4, jotta saatiin tarpeeksi vankka portaikkorakenne. Portaikon rakenteellisen kest\u00e4vyyden varmistamiseksi tehtiin kuormituskoe. Alkaliaktivoidun betonin pitk\u00e4aikaiskest\u00e4vyyden selvitt\u00e4miseksi toteutetaan laajat testaustoimenpiteet, jotka sis\u00e4lt\u00e4v\u00e4t mm. koekuormitustestit ja betonin ominaisuuksien seurantaa pitk\u00e4ll\u00e4 aikav\u00e4lill\u00e4. Seurantasuunnitelmaan kuuluu esim. useiden olosuhdekoekappaleiden testaaminen. Seuraavien 1, 5, 10 ja 20 vuoden aikana tullaan testaamaan n\u00e4iden n\u00e4ytteiden puristus- ja vetolujuutta, kimmomoduulia, veden imeytymist\u00e4 ja karbonatisoitumista. My\u00f6s silm\u00e4m\u00e4\u00e4r\u00e4isi\u00e4 tarkastuksia tehd\u00e4\u00e4n vuosittain.<\/p>\n\n\n\n

\n
\"\"<\/a>
Gentin portaikon yksityiskohta<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
\"\"<\/a>
Gentin portaikko<\/figcaption><\/figure>\n<\/figure>\n\n\n\n

Kierr\u00e4tysmateriaalien k\u00e4ytt\u00f6 rakennuksessa Westerlossa<\/h3>\n\n\n\n

Westerlossa alkaliaktivoidun betonin k\u00e4ytt\u00f6 oli mukana hankkeessa, jonka tavoitteena oli integroida rakentamisen kiertotalouden eri osatekij\u00f6it\u00e4 Kamp C:n k\u00e4ynnist\u00e4m\u00e4ss\u00e4 Belgian ensimm\u00e4isen (rakennusalan) kiertotaloushankkeen valmisteluissa. Hankkeessa k\u00e4ytettiin alkaliaktivoidussa betonissa Imerysin toimittamia j\u00e4tevirroista per\u00e4isin olevia sekund\u00e4\u00e4risi\u00e4 kiviaineksia perustuselementteihin, l\u00e4p\u00e4iseviin p\u00e4\u00e4llystekiviin ja laattoihin. Laajoissa laboratoriotesteiss\u00e4 tutkittiin betonin puristus- ja vetolujuutta, ty\u00f6stett\u00e4vyysominaisuuksia ja kutistumista. Betonimassa modifioitiin vastaamaan perustusten vaatimuksia, erityisesti lujuusluokkaa C20\/25, painumaluokkaa S5 ja ymp\u00e4rist\u00f6kriteerej\u00e4 EE2, mutta C30\/37 EE3 ZVB p\u00e4\u00e4llystekivien osalta. Betonin ty\u00f6st\u00f6aika oli 60 minuuttia, mik\u00e4 riitti elementtituotantoon. Perustuselementit asennettiin onnistuneesti Westerlossa. URBCON-betonin k\u00e4ytt\u00f6 s\u00e4\u00e4sti 22,5 tonnia raaka-aineita ja v\u00e4hensi hiilidioksidip\u00e4\u00e4st\u00f6j\u00e4 13 tonnia verrattuna perinteisiin perustuksiin. Perustukset suunniteltiin koottaviksi, purettaviksi ja uudelleenk\u00e4ytett\u00e4viksi, mik\u00e4 vastaa hankkeen kiertotalouden tavoitteita.<\/p>\n\n\n<\/div>

\n
\n
\n
\n

Kuvagalleria<\/p>\n <\/div>\n

\n\n
\n \"Westerlon\n <\/div>\n
\n \"Westerlon\n <\/div>\n
\n \"Westerlon\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n <\/div>\n
\n
\n
\n
\n
\n